Реакция токсин-антитоксин

Микробните токсини представляват вещества, които стимулират инфекциозния процес чрез директно увреждане на тъканите на гостоприемника. Някои бактериални токсини, като ботулиновият невротоксин, представляат едни от най-мощните известни естествени токсини. Въпреки това, микробните токсини заемат важно приложение в медицината и научните изследвания.
Бактериите генерират токсини, които могат да бъдат класифицирани като екзотоксини или ендотоксини. Екзотоксините се образуват и активно се секретират, докато ендотоксините остават част от бактериите. Обикновено ендотоксинът е част от бактериалната външна мембрана и не се освобождава докато бактерията не бъде убита от имунната система.
Бактериални токсини с изключително значение за медицинската практика биват:

• Ботулиновият токсин - едино от най-отровните биологични вещества, по своята природа невротоксин, произвеждан от бактерията Clostridium botulinum. C.botulinum образува осем антигенно различими екзотоксина (А, В, С1, С2, D, Е, F и G). Всички серотипове повлияват невронното предаване, като блокират освобождаването на ацетилхолин - основния невротрансмитер в невромускулната връзка, причинявайки мускулна парализа.
• Тетаничен токсин - Clostridium tetani произвежда тетаничният токсин (TeNT протеин), който се свързва с пресинаптичната мембрана на невромускулната връзка, интернализира се и се транспортира ретроаксонално към гръбначния мозък. За разлика от ботулиновия невротоксин, той се транспортира с моторните неврони до гръбначния мозък. В гръбначния мозък токсинът се прехвърля към инхибиторните пресинаптични терминали, заобикалящи тези моторни неврони. Токсинът след това разрушава синаптичния мембранен протеин (VAMP или synaptobrevin), което води до инактивиране на инхибиторната невротрансмисия, която нормално потиска двигателния неврон и мускулната активност. Това действие води до повишена възбудимост и активиране на засегнатите моторни неврони.
• Стафилококови токсини - Цитоплазмената мембрана е целта на голяма серия бактериални токсини, включително няколко, които са произведени от Staphylococcus aureus. Тези токсини причиняват образуване на пори в мембраната, което води до загиване на клетката. Разграничават се две подгрупи - тези, за които последващият лизис зависи от първоначалното взаимодействие с рецептор и тези, които разрушават мембраните по-малко специфично без взаимодействие с рецептора. Алфа-токсинът е може би най-известният токсин на S. aureus, той разрушава червените кръвни клетки и серия от левкоцити, но не и неутрофили. Дължината му е 293 аминокиселини и образува хептамерна пора, която води до изтичане на моно- и двувалентни йони от клетките.
• Антраксният токсин е трипротеинов екзотоксин, отделен от вирулентни щамове на бактерията Bacillus anthracis - причинител на антракс. Токсинът е открит за първи път от Хари Смит през 1954 г. Антраксният токсин се състои от клетъчно-свързващ протеин, известен като протективен антиген (PA), и два ензимни компонента - едемен фактор (EF) и летален фактор (LF). Тези три протеинови компонента действат заедно, за да реализират своите физиологични ефекти. Сглобените комплекси, съдържащи токсинните компоненти, се поглъщат от клетките на гостоприемнике. В ендозома ензимните компоненти на токсина се преместват в цитоплазмата на клетката мишена. Веднъж в цитозола, ензимните компоненти на токсина разрушават различни функции на имунните клетки, а именно клетъчното сигнализиране и клетъчната миграция. Токсинът може дори да индуцира клетъчен лизис, както се наблюдава при макрофагите.

Антитоксините могат да се образуват в организма чрез въвеждане на бактериална отрова или токсин и са способни да неутрализират токсините. За медицински цели, особено при лечение на инфекциозни заболявания при човека, антитоксините се произвеждат чрез инжектиране на животно с токсин. Животното получава многократни малки дози токсин, докато в кръвта му се натрупа висока концентрация на антитоксин. Полученият високо концентриран препарат от антитоксини се нарича антисерум.

Първият антитоксин (против дифтерия) е открит през 1890 г. от Емил фон Беринг и Шибасабуро Китасато, за което Берин получава Нобеловата награда за физиология и медицина от 1901 г. Днес антитоксините се използват за лечение на ботулизъм, дифтерия, дизентерия, газова гангрена и тетанус.

Антитоксинът е антитяло със способност да неутрализира специфичен токсин. Антитоксините се произвеждат от определени животни, растения и бактерии в отговор на експозицията на токсини. Въпреки че са най-ефективни при неутрализирането на токсините, те могат също да убиват бактерии и други микроорганизми. Антитоксините се произвеждат в организмите и могат да се инжектират в други организми, включително хора. Когато антитоксинът е получен, той се пречиства и инжектира в човек или друго животно, предизвиквайки временен пасивен имунитет. За да се предотврати серумна болест, често е най-добре да се използва антитоксин, получен от същите видове (например използване на човешки антитоксин за лечение на хора). Антителата в антисерума свързват инфекциозния агент или антиген. След това имунната система разпознава чужди агенти, свързани с антитела и предизвиква по-силен имунен отговор. Използването на антисерум е особено ефективно срещу патогени, които са способни да избягват имунната система в тяхното нестимулирано състояние, но не са достатъчно здрави, за да избегнат стимулираната имунна система. Наличието на антитела към агента зависи от първоначалния оцелял, чиято имунна система, случайно е открила контрагент към патогена или вида гостоприемник, който носи патогена, но не страда от неговите ефекти. След това могат да се получат допълнителни запаси от антисерум от първоначалния донор или от донорния организъм, който се инокулира с патогена и се лекува с някои запаси от съществуващ антисерум.

Антитоксините към дифтерия и тетанус токсини са произведени от Емил Адолф фон Беринг и колегите му от през 1890 г. Използването на дифтериен антитоксин за лечение на дифтерия се счита от Ланцет за "най-важния напредък на 19-ти век в лечението на остро инфекциозно заболяване".  През 1924 г. е разработен антитоксин за скарлатина.